塑料瓶的物理之旅

黃永軍

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）08-0164-02

【研究目的】

1.能利用塑料瓶制作物理實驗器材，并驗證阿基米德原理。

2.會對測量數(shù)據(jù)進行科學分析，找出偏差的原因，并能對實驗方案有效改進。

3.通過研究性活動，知道塑料瓶在物理實驗中的妙用，培養(yǎng)其科研的興趣，進一步加深對相應物理知識的認識。

一、假設情景 確立主題

同學們，你們還記得初中物理課本中關于驗證阿基米德原理的實驗。同學們還記得實驗步驟嗎？對，先用彈簧測力計分別測出小桶和重物的重力，然后用彈簧測力計吊著重物浸沒在裝滿水的溢水杯中，讀出彈簧測力計的示數(shù)。用小桶承接溢出來的水，再用彈簧測力計測出小桶和水的總重力。這樣利用差值，我們就可以計算出物理所受的浮力和溢出水的重力，然后可以比較大小。那么現(xiàn)在，我們要用回收的塑料瓶來參與完成這個實驗，同學們動動腦筋，塑料瓶可以模擬這個實驗中的哪些器材呢？對了，應該模擬溢水杯和小桶。

現(xiàn)在就讓我們動手去做一做吧。

好，現(xiàn)在我們可以利用自己制作的器材來驗證阿基米德原理了。請將實驗數(shù)據(jù)填寫到下面的表格中：

請你分析實驗數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)什么問題了嗎？為什么排開水所受的重力要比物體所受的浮力小一些？如何改進？

【疑問】

為什么排開水所受的重力要比物體所受的浮力小一些？如何改進？說出你的設計方案。

【主題】

探究并設計出用塑料瓶完成阿基米德實驗。

二、交流合作，制定方案

【討論】

1.你認為造成該實驗測量結果較大偏差的影響因素有哪些？

2.圍繞你分析的影響因素，設計實驗進行研究驗證，比較各個因素的影響程度。

3.探究活動需要哪些器材？實驗中要控制哪些物理量？采取什么方法收集和分析數(shù)據(jù)？

【合作】

經過小組合作交流，基本能達成共識，導致測量數(shù)據(jù)偏差有三點：一是吊物體的繩子會影響到測量物體所受浮力大小，但因繩子質量和體積很小，這里的偏差不大，可以忽略。二是測量所用的彈簧測力計精確程度造成讀數(shù)誤差，這一點誤差也不會太大。三是自制溢水杯的溢水口是普通切口，雖然制作了凹槽，但出水時滲漏還是嚴重，造成測量排開水所受的重力偏小，這是主要問題。

【方案】

方案一：

為了減少誤差，更換細線和精確程度高的彈簧測力計，制作新的溢水杯，溢水口利用吸管制作，周圍縫隙用頭膠帶封住，如圖。利用改進器材做實驗，測出數(shù)據(jù)填入表格。

方案二：如圖所示的實驗裝置，其中A、B為兩個規(guī)格相同的彈簧秤，C為重物，D為自制小杯，E是用廢棄的大號飲料瓶、帶孔橡皮塞以及彎曲吸管自制的溢水杯，杯中加入紅色的水，F(xiàn)是升降平臺（搖動手柄，可使平臺高度緩慢上升、下降），G為鐵架臺。利用改進器材做實驗，測出數(shù)據(jù)填入表格。

三、探究活動，完成報告

【探究】

學生分組分別按照方案一和方案二進行探究活動。

【報告】

學生在充分實驗和數(shù)據(jù)分析的基礎上，完成“記錄單”。

【反思】

通過研究性實驗活動，讓我們知道物理實驗一定要實事求是，要細致嚴謹，分析入微，活動結束，你覺得哪些值得你進一步反思的呢？說說看。

如：彈簧測力計為什么選擇精度高的？“研究活動操作方案二”優(yōu)于課本設計，你還能想出更好的設計嗎？

【遷移】

同學們，除了探究阿基米德原理外，其實塑料瓶在物理研究性實驗中有著廣泛用途，讓我們開啟其物理之旅吧。

1.透過盛水塑料瓶，看書本上的字，會字變大了，這是光的折射現(xiàn)象。

2.將一塑料瓶放在水平桌面上，使其從同一位置分別向前滑動和滾動，比較兩次運動中所用推力的大小。前者是滑動摩擦，后者是滾動摩擦，而且還可得出結論：“用滾動代替滑動可大大減小摩擦”。

3.探究液體壓強：在塑料瓶的側壁上的不同高度的地方扎三個小孔，再往瓶內倒水，比較水從孔中噴出的遠近，最終得出液體壓強跟深度有關，深度越大，壓強越大。

4.體驗大氣壓的存在，在一塑料瓶內裝滿水，用一張硬紙片緊壓在瓶口，然后使瓶口朝下，發(fā)現(xiàn)硬紙片能托住水，有力地證明大氣壓的存在。

5.把空塑料瓶蓋子蓋緊，扭轉塑料瓶，擠壓內部氣體，當扭轉到一定程度時，瓶蓋會飛出。說明內能轉化成機械能。注意瓶口不要對著人。

課后請利用礦泉水瓶制作天平與量筒。用自己制作的天平與量筒測量一下身邊物體的密度，如橡皮。

利用你的信息平臺了解一下塑料瓶在物理學中還有什么用途，跟同學們一齊分享你的成果。